振荡器及芯片

1.本发明涉及电子电路技术领域，具体地涉及一种振荡器及芯片。


背景技术：

2.在电源管理芯片、数模混合集成电路系统中，振荡器是必不可少的电路。振荡器电路能够为超大规模集成电路系统提供时钟信号，同时也可以作为电源模块同步驱动的核心单元。
3.松弛振荡器的电路架构较为简单，可在芯片系统上高度集成，在电源管理信号和数模混合电路中广泛应用。如图1所示为传统松弛振荡器电路基础结构。电路原理简述如下：恒流源cm1流经负载电阻r产生基准电压信号vref。恒流源cm2为电容c充电，形成vramp信号。信号vramp和vref分别输入到比较器cmp的正端和负端，经过比较器的电平判别，输出高低电平的控制信号vclk。经过缓冲级电路buf处理以控制nmos管mn打开或关闭，电容电压vramp迅速升高或下降。
4.电路的功耗计算是由电压乘以该支路的电流。由图1可知，电流支路为cm1、cm2、比较器供电电流以及缓冲级buf支路电流。其电流支路较多，系统功耗大。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种振荡器及芯片，该振荡器及芯片可以减少电流支路，达到减少功耗的目的。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种振荡器，该振荡器包括：电流产生电路、比较器电路以及振荡电路，其中，所述电流产生电路用于产生第一基准电流和第二基准电流，并根据所述第一基准电流提供基准电压信号；所述振荡电路包括电容；所述比较器电路连接在所述电容和所述电流产生电路之间，并根据所述基准电压信号以及所述电容的电压信号的大小关系，输出高或低电平，以控制所述电容放电或由流经所述比较器电路的第二基准电流对所述电容充电。
7.优选地，所述比较器电路输出高电平时，所述电容放电；所述比较器电路输出低电平时，由流经所述比较器电路的第二基准电流对所述电容充电。
8.优选地，所述电流产生电路包括：第一nmos管、放大器以及连接电源端的电流镜，其中，所述电流镜包括第一支路和第二支路，所述第一基准电流流经所述第一支路，所述第二基准电流流经所述第二支路，所述第一nmos管的漏极连接所述第一支路，栅极连接所述放大器，源极连接所述放大器的输入负端，所述放大器与所述第一nmos管构成环路负反馈，使所述放大器的输入负端的电压等于所述放大器的输入正端的基准电压。
9.优选地，所述电流产生电路还包括：第一电阻，所述第一电阻的一端连接所述第一nmos管的源极，所述第一电阻的另一端接地，所述放大器的输入负端的电压为所述第一基准电流与所述第一电阻的乘积。
10.优选地，该振荡器还包括：电平搬移电路，与所述比较器电路以及所述电流产生电
路连接，用于将所述基准电压信号以及所述电容的电压信号进行电平搬移调节，并输出与所述基准电压信号对应的第一电压信号以及与所述电容的电压信号对应的第二电压信号至所述比较器电路。
11.优选地，所述电平搬移电路包括：第二nmos管、第三nmos管、第一恒流源以及第二恒流源，其中所述第二nmos管的栅极接收所述基准电压信号，源极连接第一恒流源并输出所述第一电压信号，漏极连接电源端；所述第三nmos管的栅极接收所述电容的电压信号，源极连接第二恒流源并输出所述第二电压信号，漏极连接电源端。
12.优选地，所述比较器电路包括多个mos管，以接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，并在所述第一电压信号大于所述第二电压信号时输出低电平，在所述第一电压信号小于所述第二电压信号时输出高电平。
13.优选地，所述多个mos管包括：第一pmos管、第二pmos管、第四nmos管以及第五nmos管，其中，所述第一pmos管和所述第二pmos管的源极与所述电流产生电路连接，以接收所述第二基准电流，所述第一pmos管的栅极与所述第二nmos管的源极连接，以接收所述第一电压信号，所述第二pmos管的栅极与所述第三nmos管的源极连接，以接收所述第二电压信号；所述第一pmos管的漏极与所述第四nmos管的漏极连接，所述第二pmos管的漏极与所述第五nmos管的漏极连接，所述第四nmos管的栅极与所述第五nmos管的栅极连接，并连接所述第五nmos管的漏极，所述第四nmos管和所述第五nmos管的源极与所述电容连接。
14.优选地，所述振荡电路还包括：缓冲电路以及第六nmos管，其中，所述缓冲电路还与所述第六nmos管的栅极连接；所述第六nmos管的源极和漏极连接所述电容两端，用于在所述比较器电路输出高电平时关闭，以使所述电容放电；在所述比较器电路输出低电平时打开，以使所述电容充电。
15.本发明实施例还提供一种芯片，该芯片包括上文所述的振荡器。
16.通过上述技术方案，采用本发明提供的振荡器及芯片，采用电流复用原理实现比较器供电电流支路的削减，使系统整体达到低功耗的目的。
17.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
19.图1是现有技术振荡器电路示意图；
20.图2是本发明一实施例提供的振荡器的结构示意图；
21.图3是本发明一实施例提供的电流产生电路的示意图；
22.图4是本发明一实施例提供的电平搬移电路的示意图；
23.图5是本发明一实施例提供的比较器电路包的示意图；
24.图6是本发明另一实施例提供的振荡器的结构示意图；
25.图7是本发明一实施例提供的工作时序波形图。
26.附图标记说明
27.101
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电流产生电路
ꢀꢀꢀ
102
ꢀꢀꢀꢀ
比较器电路
28.103
ꢀꢀꢀꢀ
振荡电路
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
30.图2是本发明一实施例提供的振荡器的结构示意图。如图2所示，该振荡器包括：电流产生电路101、比较器电路102以及振荡电路103，其中，所述电流产生电路101用于产生第一基准电流和第二基准电流ic，并根据所述第一基准电流提供基准电压信号vref；所述振荡电路103包括电容c；所述比较器电路102连接在所述电容c和所述电流产生电路101之间，并根据所述基准电压信号vref以及所述电容c的电压信号的大小关系，输出高或低电平，以控制所述电容c放电或由流经所述比较器电路102的第二基准电流ic对所述电容c充电。
31.例如，电流产生电路101可以产生第一基准电流(图中未绘出)，该第一基准电流可以经过处理，产生一个基准电压信号vref。电流产生电路101还可以产生第二基准电流ic，第二基准电流ic可以先通过比较器电路102，然后通过振荡电路103中的电容c。电容c的电压形成电压信号为vramp。vref和vramp输入比较器电路102进行比较，从而比较器电路102输出高电平或低电平给振荡电路103，振荡电路103根据高电平或低电平的不同控制电容c充放电，以不断改变vramp的大小。例如，优选地，比较器电路102输出高电平时，电容c放电，以逐渐减小vramp，并直到使比较器电路102输出低电平。比较器电路102输出低电平时，由流经比较器电路102的第二基准电流ic对电容c充电，以逐渐增大vramp，并直到使比较器电路102输出高电平。如此循环以完成振荡。在本发明实施例中，电流产生电路101、比较器电路102以及振荡电路103中的电容c在同一支路堆叠，比较器电路102以及振荡电路103中的电容c复用第二基准电流ic，不产生新的支路电流，减小额外功耗。
32.图3是本发明一实施例提供的电流产生电路101的示意图。如图3所示，该电流产生电路101包括：第一nmos管、放大器amp以及连接电源端add的电流镜，其中，所述电流镜包括第一支路和第二支路，所述第一基准电流ib流经所述第一支路，所述第二基准电流ic流经所述第二支路，所述第一nmos管的漏极连接所述第一支路，栅极连接所述放大器amp，源极连接所述放大器amp的输入负端，所述放大器amp与所述第一nmos管构成环路负反馈，使所述放大器amp的输入负端的电压等于所述放大器amp的输入正端的基准电压vref。
33.电流镜由m3-m6的四个pmos管组成，如图3所示。可以理解的是，图3的电流镜的结构仅是本发明的优选实施例，并不意味着对此进行限定。在本发明实施例中，第二基准电流ic流经m4和m6组成的第二支路。第一基准电流ib流经m3和m5组成的第一支路。与第一支路连接的是第一nmos管m2，m2与放大器amp组成环路负反馈的结构，使得放大器amp的输入负端的电压等于放大器的输入正端的基准电压vref。
34.更为详细的，本发明提供了一种可实现上述要求的结构，即，所述电流产生电路101还包括：第一电阻rt，所述第一电阻rt的一端连接所述第一nmos管的源极，所述第一电阻rt的另一端接地，所述放大器amp的输入负端的电压为所述第一基准电流ib与所述第一电阻rt的乘积，如下公式所示：
35.36.同时，在已知第二基准电流ic和第一基准电流ib之间的关系的情况下，也可以知道第二基准电流ic与第一电阻rt以及基准电压vref的关系，例如假设第二基准电流ic是第一基准电流ib的n倍时，其关系如下：
37.ic＝n
×
ib
[0038][0039]
如此，事实上，在固定第一电阻rt的情况下，通过产生的第一基准电流ib和第二基准电流ic，可以确定基准电压vref的大小。
[0040]
图4是本发明一实施例提供的电平搬移电路的示意图。如图4所示，该振荡器还包括电平搬移电路，与所述比较器电路102以及所述电流产生电路101连接，用于将所述基准电压信号vref以及所述电容c的电压信号vramp进行电平搬移调节，并输出与所述基准电压信号对应的第一电压信号vin以及与所述电容c的电压信号对应的第二电压信号vip至所述比较器电路102。
[0041]
例如，由于本发明中比较器电路102与电流产生电路101和电容c是堆叠设置，复用一个电流，因此与电容c连接一端的电压应等于电容c的电压vramp(下文详述比较器电路102的结构)。不同于平常的以vss为地，其地为vramp，相当于拔高了电平。为了让比较器电路102中mos管正常工作在饱和区，需要采用不需要太高的电压即可导通的pmos对管。因此，本发明优选设置了电平搬移电路，将基准电压信号vref以及电容c的电压信号vramp进行向下的电平搬移调节，输出第一电压信号vin和第二电压信号vip。
[0042]
具体地，所述电平搬移电路包括：第二nmos管ml1、第三nmos管ml2、第一恒流源以及第二恒流源，其中所述第二nmos管ml1的栅极接收所述基准电压信号vref，源极连接第一恒流源并输出所述第一电压信号vin，漏极连接电源端；所述第三nmos管ml2的栅极接收所述电容c的电压信号vramp，源极连接第二恒流源并输出所述第二电压信号vip，漏极连接电源端。可以理解的是，本发明的电平搬移电路仅为优选示例，对此不作限定。该电平搬移电路结构简单，形成的损耗极低。
[0043]
图5是本发明一实施例提供的比较器电路102包的示意图。如图5所示，所述比较器电路102包括多个mos管，以接收所述第一电压信号vin和所述第二电压信号vip，并在所述第一电压信号vin大于所述第二电压信号vip时输出低电平，在所述第一电压信号vin小于所述第二电压信号vip时输出高电平。
[0044]
例如，如上所述，比较器电路102采用的多个mos管的结构，最上端连接电流产生电路101中的m4的漏极，标注为v1，所以比较器电路102的尾电流为ic。最下端需要与电容c连接，电压即为电容c的电压信号vramp。
[0045]
优选地，所述多个mos管包括：第一pmos管mc6、第二pmos管mc5、第四nmos管mc7以及第五nmos管mc8，其中，所述第一pmos管mc6和所述第二pmos管mc5的源极与所述电流产生电路101连接，以接收所述第二基准电流ic，所述第一pmos管mc6的栅极与所述第二nmos管ml1的源极连接，以接收所述第一电压信号vin，所述第二pmos管mc5的栅极与所述第三nmos管ml2的源极连接，以接收所述第二电压信号vip；所述第一pmos管mc6的漏极与所述第四nmos管mc7的漏极连接，所述第二pmos管mc5的漏极与所述第五nmos管的漏极连接，所述第四nmos管的栅极与所述第五nmos管mc8的栅极连接，并连接所述第五nmos管mc8的漏极，所
述第四nmos管mc7和所述第五nmos管mc8的源极与所述电容c连接。
[0046]
通过该比较器，在所述第一电压信号vin大于所述第二电压信号vip时输出低电平，在所述第一电压信号vin小于所述第二电压信号vip时输出高电平。
[0047]
图6是本发明另一实施例提供的振荡器的结构示意图。如图6所示，本实施例提供了振荡器的整体示意图(为了显示清楚未绘出电平搬移电路，电平搬移电路应以上文所述的连接关系连接在图6中)。其中，所述振荡电路103还包括：缓冲电路buf以及第六nmos管m1，其中，所述缓冲电路buf还与所述第六nmos管m1的栅极连接；所述第六nmos管m1的源极和漏极连接所述电容c两端，用于在所述比较器电路102输出高电平时关闭，以使所述电容c放电；在所述比较器电路102输出低电平时打开，以使所述电容c充电。
[0048]
例如，首先第二基准电流ic会逐渐使电容c充满，vramp逐渐变大，并大过vref，此时比较器电路102输出高电平，经过缓冲电路buf缓冲后使第六nmos管m1关闭，电容c短路并放电，逐渐减小vramp，在vramp小于vref时，此时比较器电路102输出低电平，经过缓冲电路buf缓冲后使第六nmos管m1打开，电容c由流经比较器电路102的第二基准电流ic充电，vramp又逐渐增大直到大过vref，使比较器电路102输出高电平，如此循环以完成振荡。
[0049]
图7是本发明一实施例提供的工作时序波形图。如图7所示，本实施例提供如上文所记载的振荡器工作情况。假设电容c充电的时间为tramp，比较器的延时为tcomp，缓冲电路buf的延时为tbuf，电容c的复位时间为trst。则振荡器的周期表达式如下：
[0050]
其中w/l是宽长比。
[0051]
ttot＝tramp+tcomp+tbuf+trst，其中ttot是振荡器的时钟周期。
[0052]
如图7所示，vin和vip为vref和vramp经过电平搬移电路向下搬移一个vth的输出结果。vin和vip经过比较器电路102比较后输出的结果经过缓冲电路buf产生vclk信号控制m1的通断。
[0053]
本发明实施例还提供一种芯片，该芯片包括上文所述的振荡器。其实施例与上文所述的振荡器的实施例类似，在此不再赘述。
[0054]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0055]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。